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超导体的发现与应用是怎么回事?

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超导体的发现与应用是怎么回事?

超导体的发现与应用是怎么回事?

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  • 2017-10-14 11:34:58
      1911年,荷兰莱顿大学的海科•卡茂林•昂尼斯偶然发现,将汞冷却到液态氦的温度时,汞的电阻突然消失了。后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低 温超导态。这一发现引起了世界范围内的震动。在他之后,科学家们开始把处于超导状 态的导体称为超导体,并将超导体应用到医学成像、交通运输和粒子研究等多个领域。
      超导体对流经的电流没有任何阻碍。超导体在1911年就被发现 了,但是多年以来,科学家们认为超导只有在导体温度极接近绝对 零度(-273。15度 )时才会发生。 超导现象发生时的温度即为临界温度(度c )。在大部分I型超导体中,首先被确定的是金属或准金属(介于金属与非金属之间的一类物质),并且它们只有在极低的温度下才能发生超导现象。
      某些合金和金属化合物被划人n型超导体,具有更高的临界温度一-特别是施 加超高压时。直到1985年,科学家发现了在普通大气压下具有的最高临界温度为23。2度 (-249。95 度;)的超导体——铌的一种合金。1986年,“高温”超导研究取得了突破性的进展。
      1986年,IBM苏黎世欧洲研究中 心的两位科学家阿列克斯•穆勒和贝德诺尔茨在镧-钡-铜-氧化物陶瓷材料上发现了高温超导电性——尽管陶瓷材料常用做绝缘材料。这种金属氧化物陶瓷材料的超导临界温 度约35度 (-238。15度)。尽管35度还是一个超低的温度,但是这个发现暗示找到具有更 高超导临界温度的材料是可能的,这就进一步激发了科学家研究的兴趣。
      就在穆勒-贝 德诺尔茨超导新发现发布几个月后,一些实验室用锶代替原来的钡,将超导临界温度提高到391度(-234。15度)。1987年3月,物理学家朱经武及其同事在美国休斯敦大学,以 及阿拉巴马大学的吴茂昆等研究人员,用钇取代原来的金属镧,构成的钡-钇-铜金属 氧化物陶瓷材料的超导临界温度升高到98度 (-175。
      15度)。他们将其命名为“ibc0”, 并且根据材料中的三种原子钇、钡、铜组成比例将这类的超导材料称做1-2-3化合物。 在1987年上半年,至少有800篇关于高温超导研究的论文发表在科学期刊上,并且在下 半年,这方面的论文以每周30篇的速度迅速递增。
      1988年,许多实验室称,由铊、钡、 钙、铜和氧组成的化合物超导临界温度达到了 125度(-1481);还有报道称,铊化合物 超导临界温度已高达140度 (-133。15乞)。铊基化合物在英国被称为“烟草”。铊类化 合物很难被分析,因为其具有超强的毒性。
      在许多科学家继续研究陶瓷材料时,另一些科学家则转向了全新的超导研究方向,并在“巴基球”( 1985年富勒发现)上发现了超导性。巴基球是碳原子的三种同素异构 体之一(另外两种形式是石墨和金刚石),巴基球分子(C60)是由60个碳原子以球状 相互键合而成,外观形状像一个微小的足球。
      1991年,A度&度 (美国电报电话公司)贝 尔实验室研究人员将钾原子掺杂在C60中构成度3C60 ,发现其是一种超导体,超导临界 温度为18度 (-255。15度)。其他的研究人员后来改变了度3C60的组成,用铷或铯取代钾 原子,其超导临界温度提高到;当用铊取代钾时,超导临界温度升高 到42度 ( -231。
      15度)。1993年,超导临界温度问题又取得了突破性的进展,在瑞士苏黎世联邦技术研究所,由汉斯• R•奥特领导的研究小组研制出一种由汞、钡、钙、铜和氧四种元素组成 的陶瓷化合物材料,其超导临界温度达到了 133度(-140。15度)。同年不久,休斯敦大学的朱经武和法国格勒诺布尔极低温度国家研究中心的曼努尔•努伊兹-雷盖罗研制的 汞基陶瓷材料在15万-23万倍于海平面大气压的超高压条件下,其超导临界温度达到了 153度 (-120。
      15度)。有些研究小组声称已经发现了室温一300度 (26。15度 )——下的超导体,但是没有任何证据证明其真实性。物理学家们都在积极地寻求有价值的研究成果。低温超导体材料必须浸在液氦中,这既不方便又很昂贵。与之相反,液氮不但丰富、价廉而且使用方便。
      液氮的沸点为 77反(-196。15度),适合高温超导体材料的冷藏。由超导体材料制成的导线用于制造超导磁体。超导磁体在磁分离及医学成像方面有重要作用,而且还可以用于磁悬浮列车。磁体使列车悬浮,消除了列车与车轨之间的摩擦。2003年12月,日本一列磁悬浮列车在山梨磁悬浮测试线上行驶速度高达581千米/小 时。
      由超导导线制成的发电机体积只有传统发电机的一半大小,但是其发电效率超过传统发电机的99%。闭合超导线圈可以储存电流而没有一点损耗,可用来制造零损耗充电 电池。

    姐***

    2017-10-14 11:34:58

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